微通道反应器在硝化反应中的应用

摘要

硝化反应在有机化合物的合成反应中占有重要地位，但是该反应却存在很多问题，如安全生产问题，区域选择性问题等，为此本文将微通道反应器引入到硝化反应中，旨在利用微反应器的独特优势达到硝化反应的安全生产，同时提高目标产物的选择性。
　　本文研究了脂肪醇和简单芳烃的硝化，主要以异辛醇和邻二甲苯为硝化对象，将微通道反应器应用到硝酸酯和硝基芳烃化合物的合成反应中。
　　(1)以硝硫混酸作硝化剂，通过考察反应温度、硝硫混酸的配比、硝酸浓度、异辛醇流速、硝酸与异辛醇的摩尔比以及惰性溶剂的使用对异辛醇硝化反应的影响，得到硝酸异辛酯在微通道反应器内合成的最佳条件。实验结果表明，在常温下，以n(HNO3)∶n(H2SO4)=1∶2.5,硝酸浓度为55％，硝酸与异辛醇的摩尔比为1.4∶1,此时硝酸异辛酯的纯度高达99.6％，收率也达到了99.5％。论述了微通道反应器内硝硫混酸硝化合成硝酸酯的反应机理。
　　(2)对比HNO3、HNO3-H2SO4以及N2O5对邻二甲苯的硝化，我们最终选择使用绿色硝化剂五氧化二氮。以邻二甲苯为研究对象，系统研究了微通道反应器内反应温度、反应停留时间、五氧化二氮的用量以及不同溶剂的选择等因素对反应的影响，从邻二甲苯转化率、4-硝基邻二甲苯选择性两个方面出发，得到最佳反应条件。实验结果表明，选择乙腈作溶剂，在30℃下反应29.6s，当五氧化二氮摩尔量是邻二甲苯的1.1倍时，反应转化率达到87.6％，4-硝基邻二甲苯的选择性高达57.3％。
　　(3)将微通道反应器应用到其他脂肪醇和简单芳烃的硝化反应中，与常规反应器相比，发现无论是转化率，还是选择性，都得到了明显的提高。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 硝化反应中存在的问题

1．1．1 醇类的硝化

1．1．2 芳烃的硝化

1．2 微反应器的简介

1．2．1 微反应器的分类

1．2．2 微通道反应器的基本特征

1．2．3 微通道反应器在液液反应中的应用

1．2．4 微通道反应器在硝化反应中的应用

1．3 本论文研究目的和意义

1．4 本论文的研究内容

2．微通道反应器中醇类硝化工艺研究

2．1 仪器与试剂

2．2 微通道反应器参数及装置流程图

2．3 实验步骤

2．3．1 微通道反应器内脂肪醇的硝化

2．3．2 常规反应器内脂肪醇的硝化

2．4 气相色谱检测条件

2．5 结果与讨论

2．5．1 反应温度的影响

2．5．2 硝硫混酸的配比对反应的影响

2．5．3 硝酸浓度对反应的影响

2．5．4 停留时间对异辛醇硝化反应的影响

2．5．5 硝酸与异辛醇的摩尔比对反应的影响

2．5．6 混酸的循环利用反应性能

2．5．7 不同反应器内其他脂肪醇的硝化

2．6 硝化反应机理解释与探讨

2．7 本章小结

3．微通道反应器中芳烃硝化工艺研究

3．1 仪器与试剂

3．2 芳烃硝化装置流程图

3．3 实验步骤

3．3．1 五氧化二氮的制备

3．3．2 硝化反应

3．4 产品分析及表征

3．4．1 气相色谱检测条件

3．4．2 核磁表征

3．5 硝化体系的选择及工艺条件的优化

3．5．1 五氧化二氮硝化邻二甲苯

3．5．2 硝酸硝化邻二甲苯

3．5．3 硝硫混酸硝化邻二甲苯

3．5．4 对比微通道反应器内不同硝化剂对邻二甲苯的硝化结果

3．6 时空转化率(STC)

3．7 不同反应器内五氧化二氮对芳烃的硝化

3．8 本章小结

4．结论

4．1 结论

4．2 创新点

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况